鋼管混凝土短柱極限承載力可靠度分析

1、 鋼管混凝土短柱極限承載力可靠度分析姓名：李迪學(xué)號(hào)：201472209 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介目 錄荷載和抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)構(gòu)件綜合抗力隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 蒙特卡羅法對(duì)可靠度進(jìn)行分析 結(jié)論鋼管混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼管中填充素混凝土而形成的一種組合結(jié)構(gòu)v鋼管混凝土的基本形式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介v 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性1、承載能力高 2、延展性能好 3、施工方便、耐火性能好、性價(jià)比高鋼管可以對(duì)其核芯受壓混凝土施加側(cè)向約束，使鋼管內(nèi)的核芯受壓混凝土始終都處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，從而可以最大程度的延緩內(nèi)部混凝土縱向微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展v 工作原理：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介v 應(yīng)用近年來(lái)，鋼管混凝土柱在工程中應(yīng)

2、用范圍日廣，主要用于高層建筑、單層和多層工業(yè)廠房等結(jié)構(gòu)中承受巨大軸壓力的柱，取得很好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介荷載和抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)構(gòu)件綜合抗力和荷載綜合效應(yīng)材料性能不定性構(gòu)件幾何參數(shù)不定性計(jì)算模式不定性v決定構(gòu)件可靠度的因素荷載和抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)v 1、荷載的統(tǒng)計(jì)分析按照建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB 50068-2001 的有關(guān)規(guī)定，在分析結(jié)構(gòu)的可靠度時(shí)，取三種常見(jiàn)的荷載效應(yīng)組合，即(1)SG + SL辦；(2)SG + SL??；(3)SG + SW。S 為荷載效應(yīng)，下標(biāo) G 、L 和W 分別代表永久荷載、可變荷載以及風(fēng)荷載，住L 指住宅建筑的樓蓋活荷載，辦L 指辦公室活荷載。 荷載類別

3、荷載類別 恒載恒載G 辦公室活荷載辦公室活荷載L辦辦 住宅活載住宅活載L住住 風(fēng)荷載風(fēng)荷載W 均值系數(shù) 1.06 0.7 0.859 0.999 變異系數(shù) 0.07 0.29 0.233 0.193 分布類型 正態(tài) 極值I型 極值I型 極值I型圖1 荷載組合時(shí)的荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)荷載和抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)v2、結(jié)構(gòu)抗力的統(tǒng)計(jì)分析 2.1材料性能的不確定性參數(shù)材料性能不定性為鋼管和混凝土的不定性系數(shù)，鋼管混凝土柱常用的材料為Q235 和Q345。 混凝土為C30 C90, 其統(tǒng)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。 參數(shù)參數(shù) 鋼材鋼材 混凝土混凝土 Q235 Q345 C40 C50 C60 C70 C80 C90Fy（fck）/M

4、pa 235 345 26.8 32.4 38.5 44.5 50.2 55.7F（fc）/Mpa 215 315 19.1 23.1 27.5 31.8 35.9 39.8均值系數(shù) 1.080 1.090 1.355 1.410 1.491 1.489 1.539 1.512變異系數(shù) 0.080 0.070 0.138 0.137 0.116 0.101 0.108 0.102表2 材料性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)參數(shù)荷載和抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)1.2構(gòu)件幾何參數(shù)不定性幾何參數(shù)的各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)和概率分布函數(shù)，應(yīng)以正常生產(chǎn)情況下結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何尺寸的測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用參數(shù)估計(jì)和概率分布的假設(shè)檢驗(yàn)方法確定。當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)不

5、足時(shí)，幾何參數(shù)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)可根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公差，經(jīng)分析判斷確定。與鋼管混凝土承載能力有關(guān)的幾何參數(shù)主要為鋼管的外徑和鋼管厚度，參考鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205-2001，鋼管外徑均值系數(shù)的平均值為1.00，變異系數(shù)為0.03；鋼管厚度均值系數(shù)的平均值為1.00，變異系數(shù)為0.02。荷載和抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)2.3構(gòu)件計(jì)算模式的不定性確定鋼管混凝土軸壓短柱計(jì)算模型不定性應(yīng)首先計(jì)算每個(gè)構(gòu)件承載力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的比值,再按照概率統(tǒng)計(jì)的方法,計(jì)算平均值和變異系數(shù),由此得出計(jì)算模型不定性的均值系數(shù)KP=1.1021和變異系數(shù)KP=0.0341,且均服從正態(tài)分布。 構(gòu)件綜合抗力隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)v

6、 構(gòu)件綜合抗力隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力表達(dá)式為：PPRKRRp 按設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的抗力函數(shù)式，是鋼管和混凝土材料性能及截面幾何特性的函數(shù)，它包含了鋼管和混凝土兩種材料性能的不定性和幾何特性不定性；Kp 結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模式的不確定性；構(gòu)件綜合抗力隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)根據(jù)隨機(jī)變量函數(shù)數(shù)字特征運(yùn)算原則：RPKPR222RPKPR式中：R ,R 構(gòu)件抗力平均值和變異系數(shù)； KP ,KP 構(gòu)件計(jì)算模式不定性的平均值和變異系數(shù)； RP ,RP 抗力函數(shù)平均值和變異系數(shù)。鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算v 鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算式 參考CECS 28-90鋼管混凝土設(shè)計(jì)及施工規(guī)程鋼管混凝土短柱軸

7、壓承載力計(jì)算式為:)1 (ccofANCCSSAfAf式中 N0 軸心受壓短柱承載力 鋼管混凝土套箍指標(biāo) fC混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度 AC鋼管內(nèi)混凝土的橫截面面積； fS 鋼管的屈服強(qiáng)度 AS鋼管的橫截面面積蒙特卡洛法計(jì)算方法蒙特卡洛法計(jì)算方法v 則結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效概率為蒙特卡洛法計(jì)算方法v 按可靠度設(shè)計(jì)要求,結(jié)構(gòu)構(gòu)件極限狀態(tài)方程,即功能函數(shù)為:SRZ0 其中:0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),結(jié)構(gòu)安全等級(jí)按二級(jí)考慮,0=1; S為承載力極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值(荷載效應(yīng));R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值(抗力)。根據(jù)GB 50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),作用效應(yīng)S可表達(dá)為: 其中:SGk、SQ

8、k分別是恒載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值和可變荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值,G=1.2,Q=1.4?？紤]永久荷載與3種可變荷載組合的情況,即(1)SG + SL辦；(2)SG + SL住；(3)SG + SWQKQGKGSSSv 應(yīng)用蒙特卡羅法分析可變荷載組合、荷載效應(yīng)比（=SQk/SGk)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)極限承載力計(jì)算公式可靠度指標(biāo)的影響。鋼管混凝土柱可靠度指標(biāo)荷載組合 =0.25 =0.50 =1.00 =1.50 =2.00 =2.50 =2.75 =3.00SG+SQ辦 3.40 3.54 4.37 4.13 3.65 3.58 3.57 3.51SG+SQ住 4.12 4.15 4.29 4.11 3.74 3.69 3.68 3.64SG+SQ風(fēng) 3.66 3.74 4.16 3.92 3.57 3.52 3.52 3.46表4 可靠度指標(biāo)值隨荷載組合及荷載效應(yīng)比值的變化結(jié)論：可靠度指標(biāo)均值隨荷載效應(yīng)比的增大均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。1.可靠度指標(biāo)值隨可變荷載組合及荷載效應(yīng)比變化的情況鋼管混凝土柱可靠度指標(biāo)2. 可變荷載組合對(duì)可靠度指標(biāo)值的影響結(jié)論：可靠度指標(biāo)隨可變荷載組